数控机床可靠性设计工作流分析

王智超刘晓琼

(1.黑河市热电厂，黑龙江 黑河 164300；2.黑河市热电厂，黑龙江 黑河 164300)

数控机床可靠性设计工作流分析

王智超1刘晓琼2

(1.黑河市热电厂，黑龙江 黑河 164300；2.黑河市热电厂，黑龙江 黑河 164300)

高速精密的数控机床随着工业化的不断发展，需求量越来越高，现阶段对数控机床的可靠性认定工作研究成为一个热点。本文通过介绍可靠性设计的重要性和工作流程，概括总结了认定数控机床可靠性工作过程中要考虑的因素，按照顺序性对该工作划分了层次，为数控机床的生产可能出现的故障做好预防和排除指导。

数控机床；可靠性；工作流；顺序性

高速精密的数控机床随着工业化的不断发展，需求量越来越高，但这一产品结构复杂、产出速率低、价格昂贵、检测要求高，很难像普通的商品那样仅仅通过抽样检测就可以认定其可靠性。现阶段对数控机床可靠性认定工作的研究成为一个热点。

可靠性工作流分析是可靠性认定工作的一种分析方法，能够给设计和生产数控机床提供指导和方法支持，在设计方案优化、设计质量控制和产品可靠性检验方面提供重要依据。所以可靠性设计工作流分析方法在数控机床检验可靠性的工作中得到了大量运用。本文详细介绍该方法的具体细节。

1 数控机床可靠性检验的基本环节

可靠性是指产品在给定的条件下和给定的时间区间内完成要求的功能的能力[1]。数控机床的可靠性检验工作包括检验各个零部件和整体性能，零部件通常是螺栓、液压阀、电子元件等，有时仅仅是一个小零件，也可以是整个数控机床。可靠性检验在给定条件下进行，包括给定的使用条件、给定的环境条件和给定的时间区间。使用条件如动力和载荷条件以及操作工人的技术水平等，环境条件如气压、温度、湿度、盐雾、腐蚀、冲击、振动和噪声等。时间区间一般是指机床运行时间和回转部件的转数以及部分机械装置的运作次数等。

可靠性工程是一种尽可能改进和管控偶然事故并能预测防范必然事故的一种工程技术，它以在一定的条件和寿命下，确保和提高产品可靠性为目标[2]。可靠性检验工程的流程如下。

1.1 可靠性设计

可靠性设计是在可靠性工程开启伊始，考虑本工程项目可靠性的不独立于工程设计之外的方案。对于数控机床而言，就是对机床的性能、维修性以及费用等全方面因素综合考虑，平衡各因素之间的关系，得到最优的设计方案。因此，可靠性设计是可靠性检验工程的第一步。

1.2 制造和装配过程的可靠性

数控机床在制造和装配过程时，固有的可靠性差不多已基本确定，因为制造和装配机床的过程就是实现项目伊始可靠性设计方案的过程。因此，制造和装备数控机床是保障可靠性实现的关键技术。

1.3 可靠性检验

可靠性设计方案的有效还是有缺陷，需要通过检验才能判定。常见的可靠性检验方法有两种，分别是增长性检验和验证性检验。

1.4 可靠性分析

可靠性检验完毕，通常会验出一些数据信息，需要对这些数据进行分析，其实，可靠性分析贯穿于整个可靠性工程的流程中，包括设计、制造装备和使用。通常分为两大类：物理分析和统计分析。

可靠性物理分析通常指故障原理分析。对故障原理的分析可能比较复杂，先从故障发生的结果来看，比如物理的或者化学的影响，然后大致判断故障发生的微观位置，最后对故障进行清理和排除处理。可靠性统计分析一般是对检验出来的数据进行统计合计分析，根据检验的结果评定数控机床的生产可靠性指标。

1.5 可靠性管理

可靠性管理的目的是为了使机床的使用寿命周期费用达到最低，需要对机床的各项可靠性技术工作以及研发人员进行指挥、监控与协调，以实现预期可靠性指标。

2 可靠性设计环节的重要性

时代的不断进步，积累了很多可靠性工作的经验，所有的这些经验都证明了可靠性设计和分析系统对产品的可靠性水平有着不可磨灭的影响[3]。可靠性工作设计环节的重要性体现在下面两个方面：

2.1 可靠性的设计方案对整个生产起着决定性作用。制造和装配后基本实现了设计过程的固有可靠性，再到使用和维护过程也改变不了其固有可靠性了。因此，设计阶段对这个可靠性工程的成败起着生死有关的影响，如果在设计环节没有重视机床的可靠性，那么后来的阶段无论如何也是弥补不了。

2.2 设计阶段尽可能地考虑周全，采用提高可靠性的措施比任何一个阶段效用都高。数控机床的生产竞争不断增大，客户对机床的生产周期和质量要求也会越来越高。在设计阶段作好部署和全面考虑提高措施，就节省了返工时间和成本以及高的次品率，将是最有利于企业竞争成功的。据美国Northrop Grumman公司估计，在设计阶段每投入1美元用来提高产品的可靠性和维修性，可在使用阶段中节约30美元的维修保养费用[4]。所以，尽一切可能把缺憾消除在襁褓之中。

3 可靠性设计环节的工作建立

数控机床的可靠性设计环节可分为四步工作，分别如下。

3.1 设计准备工作

拿到任务书后，先进行分析，再研究市场需求，检索相关书籍或者网络资料，系统学习相关知识，写出需求报告，博采众长、详细分析设计要达到什么样的目标。

3.2 方案设计工作

准备工作做好后，就要进入方案设计阶段了，需要从原理展现、技术参数、系统总布局、技术评价、技术可行性等方面撰写方案。原理展现要展现出机床的运动原理，包括运动要求、运动分配、运动联系和实现运动的方式。系统总布局既要考虑内部因素也要考虑外部因素，内部因素可能关系到工件、刀具间的相互作用以及位置摆放和工件形状、质量问题，外部因素则主要是人—机关系，人对机器的操作和管理维修等。

性能参数是通过计算或者前人研究的经验得出，这一因素能够影响机床的整体性能，因此要慎重，确保设计方案最优。

3.3 技术设计工作

技术设计工作阶段要完成数控机床的总体结构设计，包括外形和内部结构。首先绘制出机床的总体尺寸关系图，确定下来内部结构各部分的尺寸比例，以防生产时出现偏差，导致制造和转配错误。针对图纸，估算成品所需要的经费，并作技术经济分析。交由专家审核确认，不合理之处反复修改，按照最终评审通过的方案，组织有经验的专业技术人员进行总装配图和部件结构图的绘制，详细描绘出主要零部件结构，例如，床身、立柱、横梁、主轴箱等。在电脑上使用相关软件对设计图进行计算和模拟仿真分析，对数控机床设计方案的主要工件和整体结构进行动静态性能分析，查出优缺点，提出改进方案。修改后再次进行终审评核，直至通过评核，正式绘制技术设计图纸，详细标明零件和装配位置。

3.4 工作图设计工作

根据技术设计图的零件图和装配图，定出每个零件的尺寸，在适当位置详细标出，计算出公差配合和形位误差。依据技术设计图中的装配位置和总结构对每张图进行审核校对。确保尺寸上和零件型号上的准确性和是否有遗漏，经相关技术人员审查确认零件的工艺性是否便于制造和装配后，选择零部件的尺寸基准，公差的精度等级，材料的选择，热处理的要求等是否合理。最后编写各类零件明细表、外购件明细表和使用说明书等技术文件。

4 总结

数控机床在制造业中的重要地位不容忽视，对其可靠性的研究经验提醒我们：产品的可靠性要想提高，必须在基础阶段做好防备工作和设计方案，充分发挥可靠性工作流设计工作在可靠性设计中的指导性和重要性。本文通过介绍可靠性设计的重要性和工作流程，概括总结了认定数控机床可靠性工作过程中要考虑的因素，按照顺序性对该工作划分了层次，为数控机床生产可能出现的故障做好预防和排除指导。

[1]全国电工术语标准化技术委员会.GB/T2900.13-2008电工术语可信性与服务质量[S].北京:中国标准出版社,2008.

[2]周正伐.可靠性工程基础[M].北京:中国宇航出版社, 2009，18-19.

[3]曾声奎.可靠性设计与分析[M].北京:国防工业出版社, 2011，1-2.

[4]李长娜.基于CompactPCI总线加固机的设计与实现[D].天津:天津大学电气工程专业,2003.

王智超（1986.10—）男，汉族，本科学历，毕业于长春工程学院机械电子工程专业,现从事机械维护及管理工作。

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